微型轴承的精密装配
发布时间：2013-07-17 浏览次数：917
田志军 徐东鸣
（中国工程物理研究院）
1 引言
在小型精密轴系部件装配过程中，微型轴承的装配精度是直接影响整个轴系运动精度的主要因素。由于微型轴承的外形轮廓尺寸很小且精度等级不高，供货商一般不提供轴承的详细数据信息，造成装配过程中不确定因素较多，因此实现精密装配的难度很大。本文结合某精密轴系中的深沟球轴承617/4-2RZ的精密装配实例，分析装配的难点和解决办法。
2 轴承及轴系结构
深沟球轴承617/4-2RZ的外圈直径7mm，内圈直径4mm，内外圈壁厚约0.4mm，宽度2.5mm，两端带防尘盖，精度等级为6级。
轴系旋转的设计精度是10μm，Z高转速为1000rpm。轴系的结构简图见图1。
6级精度的轴承主要是用于旋转精度5-10μm或转速较高的精密轴系，自身精度等级并不高，装配时需要明确轴承与轴和轴承座的配合公差以及通过内外套筒的高度差消除轴承的游隙。
3 装配难点及解决
微型轴承的装配难点是由轴承的特征决定的，微型轴承尺寸小，壁薄，相对刚性低，因此装配过程中如果产生过大的外力会造成轴承的变形和失效。因此微型轴承的精密装配首要问题是准确掌握轴承的内外圈尺寸及游隙，制定相应的装配工艺才能确保装配精度。微型轴承的装配主要存在三个方面的困难：轴承内外圈有效直径的测量；轴向游隙的测量；轴承的装配方法。
（1）测量装配尺寸
轴承各项尺寸及几何公差的测量方法可以按《滚动轴承测量和检验的原则及方法》（GB/T 307.2-2005）进行操作，但需要大量的专业量具和检具，一般企业不具备轴承测量的检测能力。常规的几何测量方法测量微型轴承存在一定困难，这是因为微型轴承的尺寸很小，内外圈存在径向和轴向游隙，因此很难定位并固定，也就无法准确测量。利用小锥度心轴在万能工具显微镜上模拟真实装配过程进行轴承内圈、外圈和轴向游隙的测量。小锥度心轴能够将径向的微小变化通过轴向进行放大，从而提高径向尺寸的测量精度；模拟真实装配过程能够提高测量尺寸与装配工艺的匹配性，减小装配过程中施加在轴承上的装配外力，减少轴承在预加载荷消除游隙过程中的变形。具体的测量方法如图2、图3所示。
步测量轴承内圈直径。先用4mm标准环规（可用内径千分尺的校准环规）代替轴承安装在心轴上，用左端顶内圈套筒及螺母顶紧固定后，测出环规在心轴上的轴向位置，然后换轴承测出轴承在心轴上的轴向位置，根据心轴的锥度、环规直径及相对轴向位置的距离尺寸可以计算出轴承内圈的直径。考虑到轴承内外圈存在倒圆，轴向位置也可通过在心轴锥面涂抹红丹粉，利用内圈与锥面接触后的压痕确定轴向位置。也可忽略倒圆影响，按图2所示的心轴锥度，0.1mm的轴向误差能够引起的径向误差不到0.3μm。
第二步测量轴承外圈直径。保持左端不动，右端安装顶外圈套筒，用右端螺母顶紧并固定，直接测出外圈直径，并测量外圈某定点在轴向的位置。
第三步测量轴承轴向游隙。轴承装配时一般采用消除轴向游隙的方式预紧，轴向游隙和径向游隙相互关联，由于轴承内外圈的滚道是半圆形，因此轴向游隙消除后径向游隙也随之消除。另外，轴向游隙的消除可通过内外圈轴向位置的窜动来实现，而单纯径向游隙的消除必须通过内外圈的径向变形才能实现。如图3所示，利用左端顶外圈套筒的轴向顶紧，推动轴承外圈轴向运动，外圈推动滚子轴向运动，滚子推动内圈轴向运动，Z后顶紧固定，测量第二步外圈上某定点的轴向位置，与第二步测量的结果比较，其位置的变动量就是装配时内、外套筒的高度差。
测量时应注意，心轴两端的中心孔要通过研磨与万工显的顶尖保持90％以上的接触率；轴向的顶紧和固定通过操作者手工旋转螺母实现，注意控制力量防止轴承变形；所有尺寸重复测量3次，取算数平均值为Z终的测量尺寸。
（2）装配方法
轴承内圈与轴的配合为小过盈或零间隙配合，轴承外圈与轴承座的配合为小间隙配合，由于轴承外形尺寸太小，因此装配时定位、加载都比较困难，另外，由于轴承很小，刚性较差，装配预紧时如果加载力过大就会造成轴承变形而失效。
装配前根据轴承的测量结果，配作轴、轴承座的配合面及内外套筒的高度差，装配时采用测量用的套筒和螺母，利用轴上左端的螺纹先将轴承安装到轴上，预紧。利用螺母施加轴向顶紧力，用套筒端面将来自螺母的轴向顶紧力均匀施加到整个轴承内圈端面，可有效控制施加在轴承上的加载力，防止轴承变形，利用内外套筒的高度差消除轴承轴向间隙，既能够达到预紧的目的，又可使预紧后的轴承变形Z小化。Z后将轴安装到轴承座上。
4 结语
精密轴系中微型轴承精密装配的所有难度都是因轴承结构尺寸太小造成的，由于微型轴承的精度等级一般不高，如果不根据轴承实际的配合面尺寸制造相应轴和孔的配合面，很容易造成轴承变形失效或降低整个轴系装配精度。本文根据装配用轴承的实际情况，设计制作简易的专用工装，进行轴承内、外圈和游隙的检测，并根据检测的数据配作轴和轴承座，较好地实现了轴系的装配。
来源：《工具技术》2011年09期
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